一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法
【專利摘要】本發明為一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法，以表面鍍鈦CBN為主要原料，在結合劑中加入一定量的納米金剛石，混合均勻后壓制成坯體，坯體在六面頂壓機中合成為聚晶立方氮化硼。此方法制備的聚晶立方氮化硼除了具有較高的硬度和致密度，還可以消除或減少通常合成聚晶立方氮化硼的“架橋”現象。
【專利說明】
一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于超硬材料領域，特別涉及一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN顆粒在結合劑存在下，經高溫高壓燒結而成的立方氮化硼多晶體。各微小晶粒呈無序排序，硬度均勻、沒有方向性，具有均勻的耐磨性和抗沖擊性，因此在切削行業中PCBN越來越受到關注，其發展速度也越來越快。目前，金屬陶瓷結合劑PCBN的應用最為廣泛，它結合了金屬結合劑和陶瓷結合劑的優點，既有較高的硬度、熱穩定性又有較好的韌性。結合劑主要由Al和Si以及一些稀土金屬化合物等組成。
[0003]PCBN的性能取決于它的組成和結構。在高溫高壓合成過程中，超高壓迫使CBN顆粒緊密接觸，但由于CBN顆粒的高強度，難以產生塑性變形，在其相互接觸后產生“架橋”效應，形成微小的空隙，在PCBN刀具使用中易造成軟點，由于應力集中而產生微裂紋等缺陷，如何減少“架橋”而引起的空隙是提高PCBN性能的重要課題。

【發明內容】

[0004]為解決上述問題，本發明提供一種新的添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法。
[0005]本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法，包含以下步驟:
[0006]I)鍍鈦:將CBN微粉在超硬材料鍍膜機上進行真空微蒸發鍍鈦處理，鍍層厚度為
0.5微米；
[0007]2)混合:將上述鍍鈦后的CBN微粉與納米金剛石粉及結合劑在球磨機上進行混合球磨；
[0008]3)真空熱處理:將上述球磨后的混合粉末裝入石墨罐內，在真空碳管爐中進行熱處理；
[0009]4)組裝:熱處理后的粉末按照壓機所需的組裝方式進行組裝；
[0010]5)合成:組裝好的混合粉末在六面頂壓機中經高溫高壓合成聚晶立方氮化硼。
[0011]本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
[0012]前述的聚晶立方氮化硼的制備方法，所述的CBN微粉，占粉末總重的70%，粒度為10-20微米。
[0013]前述的聚晶立方氮化硼的制備方法，所述納米金剛石粉，粒度2-12納米，占粉末總重的10%o
[0014]前述的聚晶立方氮化硼的制備方法，所述粘結劑為鋁粉、硅粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，粒度30微米以內，占粉末總重的20%。
[0015]本發明在結合劑中添加了一定量的納米金剛石，一方面，納米金剛石的粒度很細，方位自調節性好，可以填充CBN微粉及結合劑微粉之間的空隙，提高PCBN的致密程度，填充作用還可以減少或消除“架橋”效應，使合成時的壓力分布均勻；另一方面，納米金剛石的活性較高，容易與結合劑中的金屬或非金屬反應形成合金相，如各類碳化物等，強化結合劑，從而增加PCBN的強度和硬度。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例對本發明做詳細的說明。
[0017]實施例1
[0018]本發明聚晶立方氮化硼的制備方法包含以下步驟:
[0019]I)鍍鈦:將粒徑10微米的CBN微粉在超硬材料鍍膜機上進行真空微蒸發鍍鈦處理，鍍層厚度約為0.5微米。經X射線衍射分析，鍍鈦后CBN由內向外依次為CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且過渡層結合牢固。
[0020]其中所述的CBN微粉，占粉末總重的70%。
[0021]2)混合:將上述鍍鈦后的CBN微粉與納米金剛石粉及結合劑按比例在行星式球磨機上進行混合，轉速200rpm，球磨I小時，聚氨酯球磨罐，瑪瑙磨球。
[0022]其中所述的納米金剛石粉，粒度2納米，占粉末總重的10%。所述的粘結劑為鋁粉、硅粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，粒度30微米以內，占粉末總重的20%。
[0023]3)真空熱處理:混合粉末裝入石墨罐內，在真空碳管爐中進行熱處理，真空度為1Pa,溫度400°C，時間2小時。
[0024]4.組裝:熱處理后的粉末按照壓機所需的組裝方式進行組裝。
[0025]5.合成:組裝好的混合粉末在六面頂壓機中經高溫高壓合成聚晶立方氮化硼，壓力5.5GPa，溫度1400°C，保溫保壓500s。
[0026]實施例2
[0027]本發明聚晶立方氮化硼的制備方法包含以下步驟:
[0028]I)鍍鈦:將粒徑15微米的CBN微粉在超硬材料鍍膜機上進行真空微蒸發鍍鈦處理，鍍層厚度約為0.5微米。經X射線衍射分析，鍍鈦后CBN由內向外依次為CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且過渡層結合牢固。
[0029]其中所述的CBN微粉，占粉末總重的70%。
[0030]2)混合:將上述鍍鈦后的CBN微粉與納米金剛石粉及結合劑按比例在行星式球磨機上進行混合，轉速230rpm，球磨2小時，聚氨酯球磨罐，瑪瑙磨球。
[0031]其中所述的納米金剛石粉，粒度7納米，占粉末總重的10%。所述的粘結劑為鋁粉、硅粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，粒度30微米以內，占粉末總重的20%。
[0032]3)真空熱處理:混合粉末裝入石墨罐內，在真空碳管爐中進行熱處理，真空度為15Pa，溫度4000C，時間3小時。
[0033]4)組裝:熱處理后的粉末按照壓機所需的組裝方式進行組裝。
[0034]5)合成:組裝好的混合粉末在六面頂壓機中經高溫高壓合成聚晶立方氮化硼，壓力5.5GPa，溫度1400°C，保溫保壓500s。
[0035]實施例3
[0036]本發明聚晶立方氮化硼的制備方法包含以下步驟:
[0037]I)鍍鈦:將粒徑20微米的CBN微粉在超硬材料鍍膜機上進行真空微蒸發鍍鈦處理，鍍層厚度約為0.5微米。經X射線衍射分析，鍍鈦后CBN由內向外依次為CBN，TiB,TiN,Ti2N、Ti，且過渡層結合牢固。
[0038]其中所述的CBN微粉，占粉末總重的70%。
[0039]2)混合:將上述鍍鈦后的CBN微粉與納米金剛石粉及結合劑按比例在行星式球磨機上進行混合，轉速250rpm，球磨3小時，聚氨酯球磨罐，瑪瑙磨球。
[0040]其中所述的納米金剛石粉，粒度12納米，占粉末總重的10%。所述的粘結劑為鋁粉、硅粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，粒度30微米以內，占粉末總重的20%。
[0041]3)真空熱處理:混合粉末裝入石墨罐內，在真空碳管爐中進行熱處理，真空度為20Pa，溫度400°C，時間4小時。
[0042]4)組裝:熱處理后的粉末按照壓機所需的組裝方式進行組裝。
[0043]5)合成:組裝好的混合粉末在六面頂壓機中經高溫高壓合成聚晶立方氮化硼，壓力5.5GPa，溫度1400°C，保溫保壓500s。
[0044]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種添加納米金剛石的聚晶立方氮化硼的制備方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)鍍鈦:將CBN微粉在超硬材料鍍膜機上進行真空微蒸發鍍鈦處理，鍍層厚度為0.5微米；2)混合:將上述鍍鈦后的CBN微粉與納米金剛石粉及結合劑在球磨機上進行混合球磨；3)真空熱處理:將上述球磨后的混合粉末裝入石墨罐內，在真空碳管爐中進行熱處理； 4)組裝:熱處理后的粉末按照壓機所需的組裝方式進行組裝； 5)合成:組裝好的混合粉末在六面頂壓機中經高溫高壓合成聚晶立方氮化硼。2.根據權利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述的CBN微粉，占粉末總重的70%，粒度為10-20微米。3.根據權利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述納米金剛石粉，粒度2-12納米，占粉末總重的10%。4.根據權利要求1所述的聚晶立方氮化硼的制備方法，其特征在于，所述粘結劑為鋁粉、硅粉、鈦粉中的一種或幾種的混合，粒度30微米以內，占粉末總重的20%。
【文檔編號】C04B35/5831GK106007729SQ201510528676
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年8月25日
【發明人】丁超, 郭帥, 李波
【申請人】洛陽新巨能高熱技術有限公司